Elektriske målinger af ultra tynde materialer giver store metrologiske udfordringer i halvlederindustrien:



Relaterede dokumenter
Gymnasieøvelse i Skanning Tunnel Mikroskopi (STM)

Måletekniske dage Teknologisk Institut, Tåstrup 31 maj Medicotekniske målinger Sensorer, partikler og mikroflow

Anvendeligheden og Robustheden af Indvendig Isolering

Compact device - circuit macromodel specification

Ekkolodder. af: Jens Sahl Why Worry

Optimering af multifysisk-systemer

Rent vand til industrien

FTO-3D Nyt FTO HM bor med indvendig køling

Rapport. Kapacitetstest af høreapparatbatterier type 675 til cochear implants. Udført for Københavns Amts Sygehus i Gentofte

Måling af niveau med mikrobølgeteknologi radar og guidet radar.

AIMT Hærderiet Induktionshærdning The Group of Aalberts Industries Material Technologies

Last Lecture CS Amp. I D V B M 2. I bias. A v. V out. V in. Simplified Schematic. Practical Implementation V GS

En model for elbilers energiforbrug baseret på GPS-data fra Test en elbil

Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion

Needlite. The power of daylight at your desk. needlite.com

EMC. Elektromagnetic Compatibility Sameksistens!

VIGTIGT - Korrektion vedr. medicinsk udstyr Brilliance CT-systemer og Gemini- og Precedence-systemer, der anvender Brilliance CT

Øvelse i kvantemekanik Kvantiseret konduktivitet

J-fet. Kompendium om J-FET

Husstandsmøllers levetider? Hvor længe holder husstandsmøller erfaringsmæssigt?

Online-datablad. L230-P580C2S00000 Lincoder L230 PRODUKTPORTEFØLJE

Standard 2-takt dieselmotor med turbo og intercooler

Poul L. Bjerg Gregory Lemaire Ursula McKnight og mange flere. Sandra Roost (Orbicon) Sanne Nielsen (tidl. Orbicon, nu Region Syd)

6 Plasmadiagnostik 6.1 Tætheds- og temperaturmålinger ved Thomsonspredning

laser sensors diffuse reflection sensors 2200 analog signal 4 to 20mA / 0 to 10V 5 external teachable measuring ranges

Selection of a Laser Source for Magnetic Field Imaging Using Magneto-optical Films

Online-datablad. L230-P580B7S00000 Lincoder L230 PRODUKTPORTEFØLJE

MEGET FLEKSIBEL AKUSTISK KOMFORT

Seminar om vandrammedirektivet: værktøjer og virkemidler, Foulum, 27. februar 2018 Grundvands- og skala aspekter -Nitrat transport og reduktion

FØLERE TIL LAGTYKKELSESMÅLER 456C

a og b. Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

Kvantificering af forureningsflux til et vandløb ved hjælp af Point Velocity Probes (PVP)

4-POLE MAGNETIC CONTACTORS

Test og karakterisering af LED lys

Test og karakteristik af LED-lyskilder og lamper

Teknologier og udfordringer. Claus Melvad

Translucent multiwall polycarbonate corrugated

Optimering af støjreducerende tyndlagsbelægninger

WI180C-PB. Online-datablad

Analyser af GPS-data fra Test en elbil og TU-data

Kalibrering af mikroflow og nanoflow - udfordringer i den mikroskopiske verden. Claus Melvad

Skanning Tunnel Mikroskop

Er GPS teknologien præcis nok til brug i Road Pricing løsninger?

OPLØSNINGSEVNE STØJ, MTF, DQE, ROC

Illustrations. fig.1 DC/AC Voltage Measurement. Testing for Continuity. fig.3 DC/AC Current Measurement. fig.4 Replacing the Battery.

Danmarks Tekniske Universitet

DFM A/S Prisliste 2016

Mini-SkyTEM -et nyt instrument

Materiale 1. Materiale 2. FIberIntro

Integration of geological, geophysical and contaminant data for contaminated site investigation at Grindsted stream

SPEKTRAL LYSDÆMPNINGSMODEL FOR 2 GRØNLANDSKE FJORDE

Atomare kvantegasser. Michael Budde. Institut for Fysik og Astronomi og QUANTOP: Danmarks Grundforskningsfonds Center for Kvanteoptik

CIRKEL ENERGI Præsenterer Evance Wind Iskra R9000. Temadag om mini- og husstandsmøller

Udvikling af nanomaterialer hvor kommer affaldshåndteringen ind

Experiment Danish (Denmark)

The effects of occupant behaviour on energy consumption in buildings

Vindmøllers indflydelse for sejlads, vind og kite surfing

Analyse af Membranfouling vha. IR og Ramanspektroskopi. Ole Thygesen

Notat vedrørende projektet EFP06 Lavfrekvent støj fra store vindmøller Kvantificering af støjen og vurdering af genevirkningen

Revision af Spildevandskomiteens skrift 28 og 29

The Danish demonstration site BORNHOLM. John Eli Nielsen, DTU. Styregruppemødet den 23. november 2009 (DTU-IMM)

Knee-extension strength or leg-press power after fast-track total knee arthroplasty: Which is better related to performance-based and selfreported

Hvad ved vi i dag om nanomaterialer bør reguleringen strammes. Steffen Foss Hansen, Anders Baun

8 danske succeshistorier

Bilag 1 GPS dataudskrifter fra Stena Carisma ved passage af målefelt

Forsøg del 1: Beregning af lysets bølgelængde

Måling af flow - Generelt INSA 1 / 14

Online-datablad TTK70-AXA0-K02 TTK70 LINEÆRE ENCODERE

CERTIFICATE OF ACCREDITATION

Batterisystemer og godkendelse

Væsentlige resultater fra den foregående resultatkontraktperiode. Dorthe Mathiesen, Centerchef Kick-off referencegruppemøde E1 d. 28. okt.

Status for Program LED til belysning

INDUSTRIENS KOMPOSITLABORATORIUM. Industriens Kompositlaboratorium

Brug af Zeiss DuraMax

Teknologiske udfordringer ved positionsbestemmelse i GNSS-baserede kørselsafgiftssystemer

Måling af ledningsevne: Hvordan og hvad skal man være opmærksom på?

Lavfrekvent støj fra store vindmøller

More Precision. capancdt MD6-22 // Mobile gap gauge

Dynamic Voltage and Frequency Management Based on Variable Update Intervals

Ledningsevne - Måling og kalibrering i farmaceutiske vandsystemer. Jeanett N. Sørensen Martin Madsen. Novo Nordisk

Orcad DC Sweep & Parametrsk analyse

Om lyn. RF-ID & Radio control. Og transienter i elektronik. Lynnedslag, hvordan genereres ødelæggende spændinger i elektronik

UDSTYRS SPECIFIKATION INSTILLATION ELLER MODIFIKATION MOTAGE- KONTROL 1.KONSTANS- TEST DAGLIG DRIFT RUTINE KONSTANS-TEST

HT Kit Solar Basic EAN:

Fremtidens regn. IDA Miljø møde 28/ Ida Bülow Gregersen

Mål og planer for det nationale olie/gas forskningscenter på DTU

Ny metode til at indsamle interviewdata om rejser med overnatning. Linda Christensen

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

Luftskifte Hvad ved vi og hvad kan vi?

Kommentarer vedr. Spørgsmål omkring vindmøller betydning for vind og kitesurfere ved Hanstholm

Binomial fordeling. n f (x) = p x (1 p) n x. x = 0, 1, 2,...,n = x. x x!(n x)! Eksempler. Middelværdi np og varians np(1 p). 2/

Øvelse i termisk analyse

Program. 1. Repetition 2. Fordeling af empirisk middelværdi og varians, t-fordeling, begreber vedr. estimation. 1/18

a og b Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

Digital Radiologi. Hvilke emner behandler jeg ikke. Kliniske billeder (Dette er et røntgenteknisk modul)

LYS, SUNDHED og ÆLDRE - OM LYSKVALITET OG MÅLINGER

AFM Øvelse for gymnasieklasser Atomar kraft Mikroskop (AFM)

Måling af ledningsevne. I rent og ultrarent vand

Forsøg med Mag. Loop antenner.

KAN MIP ANVENDES SOM VÆRKTØJ TIL VURDERING AF IN SITU SRD AFVÆRGE I MORÆNELER?

Transkript:

esume Elektriske målinger af ultra tynde materialer giver store metrologiske udfordringer i halvlederindustrien: Produktion: elektriske modstandsmålinger skal være reproducerbare med en usikkerhed på <0.1% => M4PP bruges til procesovervågelse. Procesoptimering: elektriske modstandsmålinger skal have høj rumlig opløsning og være reproducerbare => M4PP bruges f.eks. til at minimere procesvariationer under kvalificering af procesudstyr. Forskning: Præcise modstandsmålinger af ultra tynde materialer helt ned til et atomlag samt måling af elektrontæthed og bevægelighed af elektroner via Mikro Hall Effekt => M4PP bruges til forskning i nye materialer som f.eks. III-V materialer og grafen. Mikro Fire-Punkts Proben er udviklet på DTU Nanotech (dengang Mikroelektronik Centret). Måleteknologien er udviklet i samarbejde med Capres A/S. 1af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Elektrisk karakterisering af nanomaterialer i forskningogproduktion Dirch Hjorth Petersen

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Transistor 3af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober 4af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed 5af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed Procesoptimering: Variationer 6af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed Procesoptimering: Variationer Forskning: Mikro Hall Effekt, Magnetic tunnel junctions og grafen 7af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Gate Source Drain Source/drain extensions. Ultra-shallow junctions (USJ). C.M. Osburn, et al. (1998). P. Eyben et al. 2007 8af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Forskning Elektriske egenskaber af nye materialer f.eks: Ladningsbærerkoncentration Elektron bevægelighed Procesoptimering Uniformitet Produktion Proceskontrol... for tidlig diagnosticering! 9af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Fire-punkts målinger Flademodstand, S Kontaktmodstand + seriemodstand, C V I C c S V I c S 10 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Konventionel metrology Fundamentalt problem med konventionelle 4PP Tyndfilms-penetration Mindre kontakt-kraft Mindre kontakt-tryk 11 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed 12 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Produktion: proceskontrol Tidlig diagnosticering! D.K. Sadana, IBM Måling på små test pads Krav til procesvariation: typisk <2% Krav til måle reproducerbarhed: <0.1% 13 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Positionsfejl => målefejl 0.1 % @ 37 µm x 23nm C.L. Petersen et al., Mater. es. Soc. Symp. Proc. 738 (2003) 157 162. 14 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Dual configuration små prøver A 1 2 3 4 Uafhængig af in-line positionsfejl! B 1 2 3 4 Præcis måling i spejl-planet! C 1 2 3 4 L.J. van der Pauw, Philips es. ep. (1958).. ymaszewski, J. Phys. (1969). S. Thorsteinsson, et al. ev. Sci. Instrum. (2009). 15 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Dual configuration small samples 140 esistance χ (Ω) 120 100 80 Measurement Simulation W y W 60 0 1 2 3 4 5 6 7 Probe position y/s S. Thorsteinsson, et al. ev. Sci. Instrum. (2009). 16 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Dual configuration små prøver C 1 2 3 4 S. Thorsteinsson, et al. ev. Sci. Instrum. (2009). 17 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

epeatability and reproducibility epeatability Long term reproducibility Short term reproducibility 3 kev, 10 15 atoms/cm 2 BF 2 implant. epeatability and reproducibility <0.1 %. D. Kjaer et al., AIP Conf. Proc. 1066, 167 (2008). 18 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Capres MicroSP Mikroskop z-motor M4PP xy-motor Granit sten 19 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Mekanisk støj i produktionsmiljø Mekaniske vibrationer => målefejl! Dynamisk positionsfejl Løsning: Statisk kontakt 20 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Mikro-mekanisk vibrations tolerance Cantilever design Lige L-form Lige L-form Akustisk støj niveau Moderat Høj Måle yield 81 % 100 % 0 % 100 % elativ SD på S 0.17 % 0.05 % NA 0.09 % I samarbejde med Ane Jensen (Capres A/S) 21 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed Procesoptimering: Variationer 22 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Millisekund laser annealing Ion implantering efterfølges af laser annealing. 1300C. v Laser 23 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Uniformitet af flademodstand Sheet resistance [Ω/ ] 760 740 720 700 680-16 -12-8 -4 0 4 8 12 Y-position [mm] D.H. Petersen et al., JVST B 26, 2008. 24 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Spatial frequency transfer function Sheet resistance [Ω/ ] el.st.dev. of s [%] 740 730 720 710 700 690 2 1 0 1.5µm 10µm 20µm 50µm 100µm 200µm 300µm 350µm 450µm 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 Y-position [mm] 1 10 100 1000 Probe pitch [µm] D.H. Petersen et al., JVST B 26, 2008. 3 2 1 0 el. peak-to-peak vatiation of s [%] Transfer function magnitude m/ 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 2 θ 1 0 1 0 s 40 0.9 10 2 1 0 1 1 0 0 Makroskopisk fire-punkts prober undervurderer S variationer. 1 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 P robe pitch s/ 500μm 40 θ = π/ 2 θ = 0 Practical measurement 12.5μm F. Wang et al., TP 09, 2009. 1 1 25 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Mikro S variationer Laser scan retning 1 3 2 1. Overlapningsmønster 2. Laser power densitet 3. Laser power fluktuationer D. H. Petersen et al., JVST B 26, 362 (2008). W. Vandervorst et al., MS 2008 Spring meeting (2008). 26 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Laser optimering Laser power uniformitet 300 Hz støj v Laser (b) s (Ohm/sq) 1500 1300 1100 900 700 LASE #1 LASE #2 500-6 -4-2 0 2 4 6 Y (mm) (c) FT(s(x)) 2 1 0 2 1 0 LASE #1 150 mm/s LASE #2 150 mm/s 0 1 2 3 4 5 6 7 Spatial frequency (1/mm) W. Vandervorst et al., MS 2008 Spring meeting. 27 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Mønstrede shallow trench isolation 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0 100 200 300 400 Pad side length [µm] v Laser E. osseel, et al., TP 09 (2009). 28 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Oversigt Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Mikro fire-punkts prober Produktion: eproducerbarhed Procesoptimering: Variationer Forskning: Mikro Hall Effekt, Magnetic tunnel junctions og grafen 29 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Forskning Mikro Hall Effekt Ladningsprofilering 2D materialer: Grafen Magnetiske tunnel overgange (magnetic tunnel junctions) 30 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Uendelig flade: ingen Hall Effekt! Tangential strøm 31 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Hall Effekt Konventionel Hall Effekt (van der Pauw) Mikro Hall Effekt S 1 en S Flademodstand, S Enhedsladning, e Elektron bevægelighed, µ Elektrontæthed, N S 32 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

33 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark Mikro Hall effekt S A A A AA c 2 ' ' 0 ' ' A A AA Modstands differens Modstands gennemsnit S B B B BB c 2 ' ' H H B B BB c ' ' D.H. Petersen, et al., J. Appl. Phys. (2008). z S H H B r Z H z H S Ze B r N Bevægelighed Elektron tæthed

Mikro Hall Effekt exp 2 AA' 2 exp P BB' P 1 BB' H 2 3arctan s 2y arctan 3s 2y 2 Measurements Theory 2 Measurements Theory P S 1.5 20 µm BB ' H 1 1 0 1 2 3 4 Normalized distance to edge, y/s 0 0 1 2 3 4 Normalized distance to edge, y/s D.H. Petersen, et al., TP 08 (2008). 34 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Sammenligning med andre teknikker Ladningsbærertæthed v Laser T. Clarysse, et al., Mater. Sci. and Eng. B (2008). E. osseel, et al., TP 08 (2008). D.H. Petersen et al., JVST B, 2010. 35 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Mikro Hall Effekt μ H /<μ H > 1.1 1.0 0.9 Elektron bevægelighed Mobility 0.8 N HS /<N HS > 1.1 1.0 0.9 Ladningsbærertæthed Sheet carrier density v rel H 1.3% Laser 0.8 G S /<G S > 1.1 1.0 0.9 0.8 Fladekonduktans Sheet conductance -4-2 0 2 4 Position (mm) G S S 1 e HS D.H. Petersen, et al., TP 08 (2008). H N 36 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Ladningsprofiling s,1 s,2 s,3 s,4 s,5 s,6 s,1 s,2 s,3 s,4 s,5 s,6 d j Sublayer flademodstand, s,j s, j j s, j 1 s, j 1 s, j d s, j j s, j esistivitet, j T. Clarysse et al., Nucl. Instr. and Meth. in Phys. es. B (2006). 37 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Ladningsprofiling 1.E+20 Concentration (/cm3) 1.E+19 1.E+18 1.E+17 1.E+16 1.E+15 9 nm SIMS M4PP SP 0 10 20 30 40 50 Depth (nm) T. Clarysse et al., JVST B (2008). D. H. Petersen et al., JVST B (2010). 38 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Micro Hall Effekt på grafen 4000 Gated Graphene double layer 4000 Gate, V G Sheet resistance (Ω) 3000 2000 1000 0 μ heff 0 10 20 30 40 50 60 70 Gate voltage V G (V) 2000 0-2000 -4000 Effective Hall mobility μ heff (cm 2 /Vs) Courtesy of Torben M. Hansen 39 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Magnetic tunnel junctions til harddisk læsehoved Tunnel junciton 40 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Multipunkts prober Forskellige afstande Forskellig overflade sensitivitet 41 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Konklusion Metrologiske udfordringer i halvlederindustrien Produktion: eproducerbarhed og tidlig diagnosticering Procesoptimering: Karakterisering af variationer Forskning: Alsidig metrologi til mange formål 42 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Purpose of metrology Michael Current Simon Prussin If you don t look, you won t see! Presentation at the TP 2008, Las Vegas. 43 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark

Samarbejdspartnere Peter Bøggild, Ole Hansen, Peter F. Nielsen og Wilfried Vandervorst DTU Nanotech IMEC, Belgien Capres A/S DTU Danchip 44 af 44 DTU Nanotech, Technical University of Denmark